Определение предела огнестойкости строительных конструкций. таблица

Огнестойкость металлических конструкций

При
проектировании и строительстве
промышленных и гражданских зданий
применяются металлические конструкции,
выполненные из стали, чугуна и сплавов
алюминия. Наиболее распространены
конструкции из сталей различных классов
и марок, алюминия. Стальные конструкции
значительно легче и удобнее в монтаже,
чем равные по несущей способности
железобетонные конструкции. Однако в
условиях пожара под действием высокой
температуры стальные конструкции часто
обрушаются. Последствия пожаров, а также
испытания на огнестойкость показали,
что большинство стальных конструкций
деформируются и теряют устойчивость и
несущую способность через 15 мин
интенсивного воздействия на них пожара
при огневых испытаниях. Несколько дольше
сопротивляются воздействию огня
толстостенные стальные конструкции, а
также конструкции с большим запасом
прочности.

Особенно
значительным разрушениям при пожарах
подвергаются стальные незащищенные
колонны, фермы и балки. Деформации и
потеря несущей способности стальных
колонн вызывают обрушение ферм и покрытий
зданий. Такие пожары имеют катастрофический
характер и наносят огромный материальный
ущерб. Обрушившиеся строительные
конструкции здания выводят из строя
оборудование, сырье и готовую продукцию,
способствуют дальнейшему развитию
пожара.

Стальные
конструкции и конструкции здания из
алюминиевых сплавов выдерживают пожар
продолжительностью не более 15 мин.
Необходима защита таких конструкций
от воздействия огня.

В
строительной практике наиболее
распространенным способом защиты
стальных конструкций от огня является
облицовка их несгораемым материалом
(легкий бетон, сборные плиты из легких
бетонов, керамический кирпич, пустотелые
керамические камни, гипсовые и
асбестоцементные плиты, штукатурка).
Эффективность облицовок зависит от
физико-химических свойств материалов,
из которых изготовлены облицовки, а
также от их способности сопротивляться
воздействию огня, так как с повышением
температуры происходит изменение
структуры материала, теряется его
прочность, появляются трещины.

Испытаниями
стальных колонн, изготовленных из
швеллеров или двутавров и защищенных
различными облицовочными материалами,
получены сравнительные характеристики
теплоизолирующей способности защитных
материалов.

Слой
штукатурки толщиной 25 мм, нанесенный
по металлической сетке, повышает предел
огнестойкости стальной колонны до 50
мин. Увеличение толщины штукатурки до
50 мм повышает предел огнестойкости
колонн до 2 ч. Но для штукатурки характерно
значительное разрушение под действием
высокой температуры, на ее поверхности
образуются трещины, происходит отслоение
отдельных участков поверхности, а затем
обрушение части штукатурки. Оставшаяся
штукатурка становится рыхлой и легко
отделяется от граней колонны.

В
отличие от штукатурки, облицовка стальных
колонн в полкирпича при всех огневых
испытаниях сохраняется и обеспечивает
защиту колонны в течение 5 ч. Колонны,
облицованные в четверть кирпича, имели
предел огнестойкости 2 ч 10 мин. Однако,
если в таких колоннах пространство
между облицовкой и стальным стержнем
заполнить бетоном, кирпичом, шлаком или
другим несгораемым материалом, предел
огнестойкости конструкции может быть
увеличен до 3 ч. Стоимость облицовки
стальной колонны составляет 15% ее
стоимости.

Значительно
сложнее защищать от воздействия пожара
стальные балки и фермы. Облицовка
поверхности таких конструкций плитными
материалами практически невозможна.
Значительные трудности вызывают также
нанесение слоя штукатурки, особенно на
элементы стальных ферм, поэтому такой
способ защиты применяют сравнительно
редко.

Огнестойкость

СП 2.13130.2012 определяет огнестойкостью любой строительной конструкции, в том числе противопожарной стены, ее способность сохранить несущую и/или ограждающую способность.

Следует учитывать, что предел огнестойкости бывает, как требуемым нормами, так и фактическим, зависящим от текущего состояния всех элементов противопожарной строительной конструкции, в том числе от их износа, имеющихся механических повреждений.

Это немаловажное обстоятельство для стен давно существующих зданий может стать предметом назначения проведения строительной экспертизы по результатам пожарно-технического обследования; в том числе в рамках пожарного аутсорсинга, аудита. Противопожарные стены, определяющей способностью которых является способность стойко и длительно противостоять огневому, высокотемпературному тепловому воздействию, проектируют и возводят:

Противопожарные стены, определяющей способностью которых является способность стойко и длительно противостоять огневому, высокотемпературному тепловому воздействию, проектируют и возводят:

• В здании, разделив его на части, чтобы, выделив огнестойкими конструкциями пожарные отсеки, удержать в любом из них очаг возгорания, беспрепятственно развивающийся, при отсутствии стационарных систем пожаротушения, пожар; не дать ему возможность проникнуть в смежные помещения, этажи.
• Между зданиями (домами) – для защиты от внешней угрозы – огня, высокой температуры в условиях горящего рядом объекта; развивающегося на территории населенного пункта, в том числе при сильном ветре, шторме, крупного пожара.
• Возведение противопожарных стен из сэндвич-панелей, например, огнестойкого гипсокартона с заполнением пустот минеральными негорючими теплоизоляционными материалами; из газобетона возможно, но требует, как проектных проработок, конструкторских решений, так и натурных огневых испытаний в установленном порядке.

Металлические строительные элементы, входящие в состав стены, как несущий конструктив, или необходимые для придания ей устойчивости, должны быть или внутри нее, будучи скрыты от воздействия огня кирпичной кладкой, слоем бетона, камня; или обязательно обработаны огнезащитными красками, лаками, штукатурками способами, методами огнезащиты металлических конструкций, для достижения необходимого предела стойкости к огню для 1 или 2 типа противопожарных стен.

Словарь имён собственных

РЕЙБОУЛД Кларенс,Рейбоулда Кларенса Рей-Буба, Рей-Бубы (гор., Камерун)РЕЙГАН Рональд Уилсон, Рейгана Рональда Уилсона (40-й президент США в 1981—1989)«Рейдио корпорейшн оф Америка» (радиоэлектронная компания, США)РЕЙЕС Альфонсо, Рейеса Альфонсо (мекс. писатель)РЕЙЕС Ривера Симон, Рейеса Риве-ры Симона РЕЙЗЕН Марк, Рейзена Марка Рейкьявик,-а (столица Исландии)РЕЙЛИ Сидней, Рейли Сиднея РЕЙМАН Макс, Реймана Макса РЕЙМЕРИС Вацис, Реймериса Ва-циса РЕЙМЕРС Фёдор, Реймерса Фёдора РЕЙ Миколай, Рея Миколая РЕЙМОНТ Владислав, Реймонта Владислава (польск. писатель)Реймс, Реймса (гор., Франция)

Требования и нормы

Они изложены в Федеральном законе №123, СНиП 21-01-97*, СП 2.13130, СП 4.13130.2013, где изложены требования к проектированию, а так же соблюдению норм при строительстве противопожарных преград, включая стеновые конструкции:

• Для разделения строительных объектов на пожарные отсеки необходимо применять стены 1 типа.
• Противопожарные стены должны возводиться на высоту и возвышаться над кровлей не меньше, чем на 0,6 м, если конструкции, элементы чердачных помещений, обслуживаемых/неэксплуатируемых крыш, покрытий выполнены из горючих материалов; или на 0,3 м, если они из трудногорючих конструкций, в том числе после огнезащиты древесины методом огнезащитной пропитки.
• Противопожарные стеновые конструкции могут не возвышаться над покрытиями, крышами зданий, если все их элементы, за исключением гидроизоляционного ковра, выполнены из негорючих материалов.
• Они также могут не сооружаться на всю высоту строительного объекта, если примыкают к верхним противопожарным перекрытиям 1 типа, тем самым обеспечивая нераспространение огня в смежные по горизонтали пожарные отсеки, даже при деформации, разрушении строительных конструкций.
• Когда здание или сооружение делится противопожарной стеной на отсеки разной ширины, высоты, то ими обязаны быть стены более широких, высоких отсеков, частей строения.
• Минимальная толщина противопожарной стены, сложенной из сплошных/пустотелых керамических, силикатных, каменных кирпичей, блоков – 120 мм, а из железобетонных плит – 200 мм.
• Расстояние от противопожарной стены здания до соседних объектов определяется противопожарным разрывом, зависящим от их степени стойкости к огню.
• Расстояние, площадь между противопожарными стенами нормативно зависит от категории по взрывопожарной опасности, степени огнестойкости строения.
• Узлы противопожарных стен, в том числе в местах примыкания к перекрытиям здания, должны быть с пределом огнестойкости, не меньше соответствующего ее типу по способностям сохранять целостность, теплоизолирующие свойства.
• Площадь проемов в противопожарной стене, включая те, что заполнены огнестойкими сертифицированными воротами, окнами, дверями, не должна быть больше 25%.

В заключение следует отметить, что противопожарные стены – это объемные, массивные элементы строительного объекта, для возведения которых необходимо затратить много сил, средств; но и самые надежные конструкции, позволяющие минимизировать ущерб, последствия развития очага возгорания в пределах пожарного отсека, где он возник.

Пример школы и больницы

Расчёт предела огнестойкости рассмотрим на примере здания школы или больницы, внутреннее устройство которых очень удобно для этих целей. Они отличаются от других строений периодичностью своей структуры, поскольку состоят из ряда последовательно размещаемых помещений.

Для предварительного расчёта искомого показателя потребуются узнать следующие данные:

• этажность учреждения (его высота);
• общее количество отдельных помещений;
• особенности материалов, применяемых при постройке.

Таблица 4. Температуры горения различных материалов

Одно или двух этажным строениям этого типа обычно присваивается III степень огнестойкости и категория С0 (пожарная безопасность). Для зданий вместимостью до 100 мест и высотой до 3-х метров второй показатель будет соответствовать категория С1 (при той же степени огнестойкости).

Больничные и школьные постройки, рассчитанные на 150 мест и более, имеют предположительно вторую степень по огнестойкости и категорию С1 по пожарной безопасности.

Если же высота этих строений превышает 9 метров, а количество обслуживаемых мест более 300 – в результате испытаний им присваивается степень II или I. По пожарной безопасности они соответствуют категории С0 (С1).

Объясняется это тем, что на данном этапе должны учитываться архитектурных особенности как всего строения в целом, так и отдельных его элементов.

Большой толковый словарь

РЕЙ, рея; м.; РЕЯ, -и; ж. Мор. Подвижной поперечный брус на мачте, служащий на парусных судах для крепления прямых парусов, а на судах с механическим двигателем для установки антенн и подъёма сигналов. Установить рею для радиоантенны. Упасть с рея. 1. РЕЙД, -а; м. Мор. Место якорной стоянки судов внутри или вблизи порта. Остановиться, стоять на рейде. Внешний р. (на подходах к порту). Внутренний р. (внутри порта). Рейдовый, -ая, -ое. Р. причал. Р-ые бригады. Р-ые воды. 2. РЕЙД, -а; м. 1. Воен. Проникновение подвижных войск или партизанских отрядов в тыл противника. Кавалерийский р. Разведывательный р. Р. партизанских отрядов. Начать р. по тылам противника. Предпринять смелый р. 2. Внезапная проверка, обследование, осуществляемое группой активистов по заданию общественных организаций. Санитарный р. Проводить рейды по проверке трудовой дисциплины. Рейдовый, -ая, -ое. Р-ая проверка. Р-ая группа. Р. отряд. РЕЙДЕР , -а; м. Военный корабль, отдельно ведущий вдали от баз самостоятельные боевые операции, главным образом по уничтожению транспортных и торговых судов противника. Рейдерский, -ая, -ое. Р. обстрел. РЕЙДИРОВАТЬ, -рую, -руешь; св. и нсв. Воен. Совершить — совершать рейд (2.Р.;1 зн.). Р. по тылам противника. 1. РЕЙДОВЫЙ см. 1. Рейд. 2. РЕЙДОВЫЙ см. 2. Рейд. РЕЙКА, -и; мн. род. реек, дат. рейкам; ж. 1. Узкая, тонкая деревянная доска или брусок, обычно являющиеся отходами лесопиления. Сбивать ящики из реек. Узкие шершавые рейки. □собир. Обшить стену рейкой. 2. Брусок с делениями для промеров. Снегомерная р. Водомерная р. Контрольные рейки. Установить рейку. Реечный, -ая, -ое. Р. каркас. Р. паркет. Р-ая перегородка. РЕЙНВЕЙН, -а (-у); м. Сорт виноградного вина; вино такого сорта. ●От названия реки Рейн в Германии. РЕЙНДЖЕР , -а; м. . 1. В США: работник государственной природо-охранной службы; лесничий. 2. В вооруженных силах США: член специального подразделения, предназначенного для проведения диверсионных и штурмовых операций. РЕЙС, -а; м. Путь между начальным и конечным пунктами движения, совершаемый судном, самолётом, машиной и т.п. по определённому маршруту. Отправиться в обратный р. Совершить р. по новому маршруту. Делать по пять рейсов в день. Отбыть первым рейсом. Произвёл посадку самолёт, прибывший рейсом из Москвы. Рейсовый, -ая, -ое. Р-ое время. Р-ые перевозки. Р. автобус, самолёт (имеющие постоянный маршрут). РЕЙСОВИК, -а; м. Разг. Водитель автобуса, грузовика и т.п., совершающий регулярные рейсы, обычно на большие расстояния. На спидометре у лучшего рейсовика не одна тысяча километров. РЕЙСФЕДЕР , -а; м. Чертёжный инструмент для проведения линий тушью или разведёнными красками. Обвести контуры рейсфедером. Заправить р. тушью. Рейсфедерный, -ая, -ое. Р. винтик. РЕЙСШИНА, -ы; ж. Большая чертёжная линейка с перекладиной на одном конце для проведения параллельных линий. Чертить по рейсшине. Передвигать по доске рейсшину. РЕЙТАР, -а; м. В Западной Европе в 16 — 17 вв. и в России в 17 в.: наёмный солдат кавалерии. Отряд рейтаров. Рейтарский, -ая, -ое. Р. полк. Р-ое вооружение. Р-ая конница.

Деревянные конструкции

Огнестойкость строений и объектов, сооружаемых на основе древесных комплектующих, определяется структурой исходного материала, который может быть цельным или клеёным.

Предел огнестойкости конструкций, изготовленных на основе цельной древесины, имеет сравнительно невысокое значение.

Если же сооружение изготавливается с применением клеёных или водостойких фанерных материалов – показатель огнестойкости заметно возрастает (в среднем – до 30-45 минут).

Таблица. Время воспламенения древесины в зависимости от способа огнезащиты

Примерами таких сооружений могут служить деревянные загородные дома, дачные постройки и их отдельные элементы, стропильные конструкции и обрешётки кровельных перекрытий, элементы внутренней отделки современных многоквартирных домов.

Из клееных древесных материалов с высоким пределом огнестойкости делают деревянные ограждения, щитовые конструкции и навесы. Распространены деревянные дверные конструкции с пределом огнестойкости REI45, беседки, веранды, ротонды и подобные им строения из древесных материалов.

Предел огнестойкости всех перечисленные выше конструкций можно повысить за счёт обработки их поверхностей защитными материалами (антипиренами).

Критические для металла температуры

Под потерей огнестойкости понимается критическое состояние объекта, предшествующее его полному разрушению. По параметру возгораемости все входящие в состав строительных конструкций материалы условно делятся на несгораемые, трудносгораемые и легкосгораемые.

Отличительной особенностью металлоконструкций является быстрая потеря ими своих противопожарных свойств в условиях сильного разогрева, характерного для классической пожарной ситуации.

В связи с этим предел огнестойкости металлических конструкций редко превышает значение 10-20 минут, а конкретная его величина зависит от целого ряда факторов.

В первую очередь она определяется интенсивностью разогрева материала, из которого сделано сооружение. В случае разового или кратковременного воздействия открытого огня, сопровождающегося скачкообразным изменением температуры, металл нагревается не так быстро (в сравнении с окружающим пространством).

По истечении этого временного промежутка его температура выравнивается с окружением. Далее, на рассматриваемый показатель существенное влияние оказывают характеристические размеры отдельных элементов конструкций, а именно приведённая толщина металлов, предел огнестойкости которых подлежит оценке и размеры площади нагрева.

С увеличением характеристических размеров металлоконструкций и уменьшением площади их непосредственного контакта с огнём, скорость повышения температуры снижается.

Ещё одним фактором, определяющим поведение изготавливаемых из металла сооружений и позволяющим поднять порог их огнестойкости, является наличие специальных защитных средств.

Из сказанного следует, что температура нагрева металлических конструкций при пожаре может принимать произвольные значения. А для оценки состояния сооружения необходим какой-то фиксированный параметр, определяющий снижение прочностных свойств металла с его накаливанием.

Для этого и вводится специальный температурный показатель (коэффициент), по достижении которого граница прочности металла в нагретом состоянии уменьшается до предельно низкой величины. Приведшее же к этой ситуации значение температуры называется критическим.

От чего зависит этот параметр

Пределы огнестойкости возводимых строений и готовых конструкций в первую очередь определяются используемыми при их постройке материалами. По этому признаку все оцениваемые объекты подразделяются на следующие категории:

• типовые металлоконструкции;
• деревянные сооружения;
• бетонные (железобетонные) строения и объекты.

Для металлоконструкций, отличающихся наименьшей огнестойкостью, этот предел зависит от характерного размера используемого материала. Так, при толщине металлических элементов до 5 мм он составляет не более 9-ти минут, а при увеличении этого показателя до 15 мм – 18 минут.

Таблица 1. Зависимость огнестойкости металлоконструкций от толщины металла

Огнестойкость сооружений из дерева определяется структурой применяемого материала (клеёная или обычная древесина). Существует также большая зависимость от наличия специальных антипиреновых добавок, заметно повышающих время огневого разрушения.

Предел огнестойкости обычной древесины, представляемый как скорость обугливания на открытом огне, совсем невелик. В отличие от неё в сооружениях и объектах, изготовленных на основе клеёного дерева, этот показатель значительно лучше (порядка 30-45 минут).

Бетонные сооружения отличаются большим пределом огнестойкости, в конечном счёте, зависящим от толщины бетонного слоя и особенностей изготовленных на его основе объектов. В дополнительной огнезащите чаще всего нуждаются следующие элементы:

• ребристые плиты с большим количеством конструктивных пустот;
• панели с тонкими стенками;
• армированные снаружи заготовки.

Рассмотренные материалы по-разному проявляют себя в условиях непосредственного воздействия открытого огня. Так, в древесине, например, в этом случае преобладают процессы, связанные с термическим разложением их структуры (с образованием пористого кокса). Фактически это разложение означает снижение прочностных показателей изготавливаемой на основе древесины конструкции.

Металлические структуры при сильном нагревании приобретают характерное для них пластичное состояние, а в бетонных образованиях в процессе обезвоживания наблюдается снижение прочностных свойств.

Сооружения из металла

К особенностям металлоконструкций следует отнести быстрое разрушение под воздействием открытого огня. В связи с этим норма предела огнестойкости по EI, например, не превышает значений порядка 10-20 минут. Такой же эффект наблюдается и при оценке пределов, связанных с другими характеристическими показателями.

Образцами современных металлоконструкций, подлежащих оценке на огнестойкость по описанным выше критериям, являются одноэтажные сооружения, имеющие один или несколько пролётов, нагруженные каркасные основания многоэтажных домов и лифтовые шахты.

Оцениваются здания и сооружения коллективного пользования (выставки, спортивные арены, а также зрелищные и культурные объекты), строения, выполняющие особые функции (эллинги, ангары, цеха авиационной сборки).

Должен быть определен предел огнестойкости для радио и телевизионных мачт, а также вышек специального назначения, пролетов мостов, эстакад и современных путепроводов. Обязательно указывают прочностные характеристики для стальных дверей с пределом огнестойкости EI-60.

Перечень образцов конструкций этой категории может быть дополнен сварными сооружениями, изготавливаемыми из металлопроката (газгольдеры, доменные печи и резервуары.).

Железобетонных

Испытание предела огнестойкости окон

Огнестойкость  железобетонных  конструкций  зависит  от  многих  факторов: конструктивной  схемы,  геометрии,  уровня  эксплуатационных  нагрузок,  толщины защитных слоев бетона, типа арматуры, вида бетона, и его влажности и др.

В  условиях  пожара  предел  огнестойкости  железобетонных  конструкций наступает, как правило:

а)  за  счет  снижения  прочности  бетона  при  его  нагреве;

б) теплового расширения и температурной ползучести арматуры;

в) возникновения сквозных отверстий или трещин в сечениях конструкций;

г) в результате утраты теплоизолирующей способности.

Наиболее  чувствительными  к  воздействию  пожара  являются  изгибаемые железобетонные  конструкции:  плиты,  балки,  ригели,  прогоны.  Их  предел огнестойкости  в  условиях  стандартных  испытаний  обычно  находится  в  пределах R45-R90. Столь  малое  значение  пределов  огнестойкости  изгибаемых  элементов объясняется тем, что рабочая арматура растянутой зоны этих конструкций, которая вносит  основной  вклад  в  их  несущую  способность,  защищена  от  пожара  лишь тонким    защитным  слоем  бетона.  Это  и  определяет  быстроту  прогрева  рабочей арматуры конструкции до критической температуры.

Данные о фактических пределах огнестойкости бетонных и железобетонных конструкций приведены в таблицах:

Таблица 1.Пределы огнестойкости свободно опертых плит.

(окончание таблицы)

Примечания:

1)  Минимальная  толщина  плиты  t  обеспечивает  значение  предела  огнестойкости  по признаку  “I” , а  расстояние  до  оси  арматуры  –  значение  предела  огнестойкости  по признаку “R”.

2)  Пределы  огнестойкости  многопустотных  и  ребристых  с  ребрами  вверх  панелей  и

настилов следует принимать по таблице 1, умножая их на коэффициент 0,9.

3) Пределы огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем пределы огнестойкости статически определимых на 25%, если отношение площади арматуры над опорной к площади арматуры в пролете равно 0,5, и на 50%, если это отношение равно 1,0.

4)  Эффективная  толщина  многопустотной  плиты  для  оценки  предела  огнестойкости определяется делением площади поперечного сечения плиты, за вычетом площади пустот, на ее ширину.

Таблица 2. Пределы огнестойкости статически определимых свободно опертых балок из тяжелого бетона, нагреваемых с 3-х сторон.

Примечания:

1) Для двутавровых балок, у которых отношение ширины полки к ширине стенки больше 2, необходимо в ребре устанавливать поперечную арматуру. При этом отношении больше 3 пользоваться таблицей 2 нельзя.

2) Пределы огнестойкости статически неопределимых конструкций больше, чем пределы огнестойкости статически определимых на 25%, если отношение площади арматуры над опорной к площади арматуры в пролете равно 0,5; и на 50%, если это отношение равно 1,0.

Таблица 3. Пределы огнестойкости растянутых железобетонных элементов (растянутые элементы ферм, арок, обогреваемых со всех сторон).

Литература:

1. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности. Закон РФ от  22.07.2008 №123-ФЗ (с изменениями на 03.07.2016).
2. Ройтман  В.М.  Инженерные  решения  по  оценке  огнестойкости  проектируемых  и реконструируемых зданий. М., Ассоциация «Пожнаука», 2001.
3. Пособие по определению пределов огнестойкости строительных конструкций. Приказ ЦНИИСК от 19.12.1984 №351/л (с обновлениями 2016 года).